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1、第14章光的偏振现在学习的是第1页,共50页214.1自然光和偏振光一.横波的偏振性振动面振动面 振动振动矢量矢量与传播方向组成的平面与传播方向组成的平面 横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。现在学习的是第2页,共50页3波的振动方向相对于传播方向的不对称性叫做波的振动方向相对于传播方向的不对称性叫做偏振偏振 现在学习的是第3页,共50页4二.线偏振光 光矢量的振动方向始终不变的光,叫光矢量的振动方向始终不变的光,叫线偏振光线偏振光。又称。又称平平面偏振光面偏振光E传传播方向播方向振动面振动面面面对对光光的的传传播播方向看方向看 光光矢矢量量的的方方向向
2、始始终终在在一一个个平平面面中中,但但其其大大小小随随位相而变。位相而变。现在学习的是第4页,共50页5分解:分解:EEyEx yx Ex,Ey的大小的大小依赖于依赖于 x,y 方向的选取。方向的选取。表示法:表示法:光振动平行板面光振动平行板面光振动垂直板面光振动垂直板面现在学习的是第5页,共50页6三.自然光自然光是非偏振光自然光是非偏振光一个光波列是横波。一个光波列是横波。但从宏观上看,但从宏观上看,普通普通光源的光源的光光不不是偏振光。是偏振光。光光振振动动的的振振幅幅在在垂垂直直于于光光波波的的传传播播方方向向上上,既既有有时时间间分分布布的的均均匀匀性性,又又有有空空间间分分布布的
3、的均均匀匀性性,具具有有这这种种特特性性的光就叫的光就叫自然光自然光。分解分解:每一个波列的光矢量都沿每一个波列的光矢量都沿x、y 轴分解轴分解一般一般 现在学习的是第6页,共50页7然后将所有波列光矢量的分量叠加起来然后将所有波列光矢量的分量叠加起来但此时但此时各振动没有优势方向。结果各振动没有优势方向。结果与坐标系无关与坐标系无关 这这样样,自自然然光光可可分分作作两两个个相相互互垂垂直直的的,振振幅幅相相等的,不相干的线偏振光。等的,不相干的线偏振光。非相干非相干因此因此,表示法表示法:现在学习的是第7页,共50页8四部分偏振光 光光矢矢量量的的振振动动各各个个方方向向都都有有,一一个个
4、方方向向振振动动较较弱弱,而另一方向振动较强的光而另一方向振动较强的光,叫,叫部分偏振光部分偏振光.部分偏振光可以看作是部分偏振光可以看作是由一个完全偏振光和一个自由一个完全偏振光和一个自然光混合起来组成的。然光混合起来组成的。分解分解非相干非相干分解分解:x y表示法:表示法:现在学习的是第8页,共50页91.偏振偏振 波的振动方向相对于传播方向的不对称性波的振动方向相对于传播方向的不对称性2.线线偏振光偏振光3.自然光自然光4.部分偏振光部分偏振光现在学习的是第9页,共50页1014-2 起偏和检偏 马吕斯定律一偏振片的起偏、检偏起偏:起偏:把自然光变成偏振光把自然光变成偏振光偏振器:偏振
5、器:把自然光变成为全偏振光的仪器把自然光变成为全偏振光的仪器起偏的原理起偏的原理:利用某种形式的不对称性利用某种形式的不对称性微晶型:微晶型:分子型:分子型:非偏振光非偏振光线偏振光线偏振光光轴光轴x yzz线栅起偏器线栅起偏器 入射入射电磁波电磁波现在学习的是第10页,共50页11实验表明,自然光用偏振片起偏实验表明,自然光用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收在忽略偏振片的吸收的情况下,的情况下,出射光强出射光强偏振片的偏振化方向偏振片的偏振化方向偏振片上允许通过光振动的方向。也叫偏振片上允许通过光振动的方向。也叫透光轴透光轴。偏振光的检验偏振光的检验偏振片转一周偏振片转一周消光消光线偏光线偏光
6、部分偏光部分偏光强强度度变变,无无消光消光自然光自然光强度不变强度不变透光轴透光轴现在学习的是第11页,共50页12二马吕斯定律I线偏振光通过偏振片线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系:前后的光强关系:设设为振动方向与偏振化方向的夹角为振动方向与偏振化方向的夹角 I0PP E0 E=E0cos 现在学习的是第12页,共50页13 消光消光注意:注意:入射光必须是线偏振光,不是自然光入射光必须是线偏振光,不是自然光是与是与cos2正比正比现在学习的是第13页,共50页14三、偏振片的应用应用:作为光学仪器中的起偏和检偏装置。作为光学仪器中的起偏和检偏装置。制成偏光眼镜,可观看立体电影制成偏光眼镜
7、,可观看立体电影作为照相机的滤光镜,可以滤掉不必要的反射光。作为照相机的滤光镜,可以滤掉不必要的反射光。制成安全汽车灯制成安全汽车灯 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成45 角、且向同一方向倾斜的偏振片可以避免汽车会车时角、且向同一方向倾斜的偏振片可以避免汽车会车时灯光的晃眼灯光的晃眼。现在学习的是第14页,共50页例例:一束自然光入射到由四个偏振片组成的偏振片组上,一束自然光入射到由四个偏振片组成的偏振片组上,四个偏振片是这样放置的,每个偏振片偏振化方向相对于四个偏振片是这样放置的,每个偏振片偏振化方向相对于前面一片顺时针转过前面一片顺时针转
8、过30角,设入射光强为角,设入射光强为I I0 0.则通过第二则通过第二片后光强变为片后光强变为 ,通过第四片后光强变为,通过第四片后光强变为 .15现在学习的是第15页,共50页1614-3 反射和折射时光的偏振一布儒斯特定律n2n1ii 垂直入射面的垂直入射面的E矢量占优势矢量占优势平行入射面的平行入射面的E矢量占优势矢量占优势入射角入射角i 变变反射、折射光的偏振度也变。反射、折射光的偏振度也变。i=i0 时,反射光时,反射光只有只有垂直垂直分量:分量:n2n1ii i0+0=90 现在学习的是第16页,共50页17i0 布儒斯特角布儒斯特角或或 起偏角起偏角由由 有有布儒斯特定律布儒斯
9、特定律 反射偏振光非常微弱反射偏振光非常微弱,只占入射光中全部垂直分只占入射光中全部垂直分量的量的15%15%,这也说明了折射光依然是部分偏振光。这也说明了折射光依然是部分偏振光。现在学习的是第17页,共50页18二应用二应用用玻璃片堆获偏振光用玻璃片堆获偏振光i0(接近线偏振光接近线偏振光)玻璃片堆玻璃片堆外腔式外腔式激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗,激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗,可减少反射损可减少反射损失失i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i0现在学习的是第18页,共50页19 例例:在下图中,以线偏振光或自然光入射于界面时,问折射在下图中,以线偏振光或自然光入射于界
10、面时,问折射光和反射光各属于什么性质的光,并在图中表示出来,图中光和反射光各属于什么性质的光,并在图中表示出来,图中i=arctg n ii0i0i0i0ii(1)(2)(3)(4)(5)答:答:(1),(2),(3)中反射光、折射光均为线偏振光中反射光、折射光均为线偏振光 (4)的折射光为线偏振光,没有反射光。的折射光为线偏振光,没有反射光。(5)的反射光为线偏振光,折射光为部分偏振光的反射光为线偏振光,折射光为部分偏振光现在学习的是第19页,共50页20在强反光下摄影时,可在摄影机前头加偏振片在强反光下摄影时,可在摄影机前头加偏振片有反射光干扰的橱窗有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振在
11、照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰片消除了反射光的干扰现在学习的是第20页,共50页21现在学习的是第21页,共50页22现在学习的是第22页,共50页2314.4 光的双折射一.光的双折射现象方解石方解石 晶体晶体现在学习的是第23页,共50页241.双折射双折射:当一束光射到各向异性介质时,可产生两束当一束光射到各向异性介质时,可产生两束折射光的折射光的现象现象2.寻常光(寻常光(o光)和非寻常光(光)和非寻常光(e光)光)寻常光寻常光(o光光):遵守折射定律遵守折射定律o光总在入射面内光总在入射面内非常光非常光(e光光):不遵守折射定律不遵守折射定律 e光常常不在入射面内光常常不在入
12、射面内现在学习的是第24页,共50页25 即使入射角为即使入射角为0,折射角也不一定等于,折射角也不一定等于0oe将冰洲石围绕着将冰洲石围绕着入射光束入射光束旋转,则发现其中一根光旋转,则发现其中一根光束不动,而另一根光束跟束不动,而另一根光束跟着旋转一周。着旋转一周。注意:注意:o光和光和e光只有在双折射光只有在双折射晶体的内部晶体的内部才有意义才有意义 o光和光和e光都是线偏振光光都是线偏振光现在学习的是第25页,共50页263.3.方解石方解石(冰洲石冰洲石CaCOCaCO3 3)A1020780102010207801020B天然方解石晶体的外形为平行六面体天然方解石晶体的外形为平行六
13、面体每个面都是钝角每个面都是钝角1021020 0和锐角和锐角78780 0的平行四边形。的平行四边形。A点和点和B点是三个钝角的交合点点是三个钝角的交合点(称为钝偶称为钝偶)现在学习的是第26页,共50页27 二二.晶体的光轴和光线的主平面晶体的光轴和光线的主平面1.晶体的光轴晶体的光轴 晶体内晶体内 存在一个存在一个特殊方向特殊方向,当光在晶体中沿此方向传当光在晶体中沿此方向传播时,不发生双折射现象,此特殊方向称为晶体的播时,不发生双折射现象,此特殊方向称为晶体的光轴光轴。方方解解石石光光轴轴方方向向就就是是从从它它的的一一个个钝钝偶偶所所作作的的等等分分角角线线。即即它它与钝偶的三条棱线
14、成等角。与钝偶的三条棱线成等角。AB 光光轴轴不不是是指指一一条条特特定定的的直直线线,而而是是一一特定的方向。特定的方向。现在学习的是第27页,共50页28单轴晶体单轴晶体:只有一个光轴的晶体,只有一个光轴的晶体,例如,冰洲石、石英、红宝石等例如,冰洲石、石英、红宝石等多轴晶体多轴晶体:有两个光轴方向或更多的光轴方向有两个光轴方向或更多的光轴方向的的晶体,晶体,称为双轴晶体或多轴晶体称为双轴晶体或多轴晶体.如如 云母云母(二二)、硫磺、兰宝石等。、硫磺、兰宝石等。2.2.主平面主平面 晶体中的晶体中的光线和光轴组成的平面,称为该光线的主平光线和光轴组成的平面,称为该光线的主平面。面。o光主平
15、面光主平面光轴光轴o光光o o光的振动方向垂直于光的振动方向垂直于自己的主平面自己的主平面e光主平面光主平面光轴光轴e光光e e光的振动方向平行于光的振动方向平行于自己的主平面自己的主平面现在学习的是第28页,共50页29一般情况下,一般情况下,o o光主平面与光主平面与e e光主平面不重合。光主平面不重合。e光主平面(垂直屏幕)光主平面(垂直屏幕)o光主平面(垂直屏幕)光主平面(垂直屏幕)3.3.主截面主截面 由光轴和晶体表面法线方向组成的平面称为晶体主由光轴和晶体表面法线方向组成的平面称为晶体主截面。截面。若入射光在主截面内,则若入射光在主截面内,则光,光,光的主平面重合,光的主平面重合,
16、此时此时、光的振动方向互相垂直。光的振动方向互相垂直。现在学习的是第29页,共50页30 例例:ABCD为一块方解石的一个截面,为一块方解石的一个截面,AB为垂直于纸面的晶为垂直于纸面的晶体平面与纸面的交线,光轴方向在纸面内且与体平面与纸面的交线,光轴方向在纸面内且与AB成一锐角,如成一锐角,如图所示,一束平行的单色自然光垂直于图所示,一束平行的单色自然光垂直于AB端面入射,在方端面入射,在方解石内折射光分解为解石内折射光分解为o光和光和e光,光,o光和光和e光的:光的:(A)传播方向相同,场强振动方向互相垂直。传播方向相同,场强振动方向互相垂直。(B)传播方向相同,场强振动方向不互相垂直传播
17、方向相同,场强振动方向不互相垂直(C)传播方向不同,场强振动方向互相垂直传播方向不同,场强振动方向互相垂直(D)传播方向不同,场强振动方向不互相垂直传播方向不同,场强振动方向不互相垂直ABCD 解:选(解:选(C)现在学习的是第30页,共50页31三.单轴晶体中光传播过程 发生双折射现象,主要是因为晶体中的介电常数发生双折射现象,主要是因为晶体中的介电常数 r r与方与方向向有关,因而光在晶体中的传播速度有关,因而光在晶体中的传播速度 与光的传播方向有关。与光的传播方向有关。1.主折射率主折射率o光在各个方向上的传播速度相同光在各个方向上的传播速度相同e光在各方向上的传播速度不相同光在各方向上
18、的传播速度不相同光轴方向光轴方向垂直光轴方向垂直光轴方向n0 ,ne 叫作晶叫作晶体的主折射率体的主折射率现在学习的是第31页,共50页322.o光和光和e光的子波面光的子波面 o o光各向同性光各向同性经经 t t后,波面是一个球面后,波面是一个球面.光轴光轴O光光e e光各向异性光各向异性经经 t后,后,波面是绕光轴方向的椭球面波面是绕光轴方向的椭球面.光轴光轴e光光光轴垂直晶体表面光轴垂直晶体表面O O光光e e光波面重合,且波线重合光波面重合,且波线重合现在学习的是第32页,共50页33光轴平行晶体表面光轴平行晶体表面O O光光e e光波面不重合,且波线重合。光波面不重合,且波线重合。
19、光轴平行晶体表面有角度光轴平行晶体表面有角度O O光光e e光波面不重合,且波线不重合。光波面不重合,且波线不重合。o o光和光和e e光的子波面在光轴方向上相切;光的子波面在光轴方向上相切;在垂直光轴方向上,两波面相距最远。在垂直光轴方向上,两波面相距最远。传播速度既和振动方向传播速度既和振动方向(指指o,e)有关,又和传播方向有关,又和传播方向(是否沿光轴是否沿光轴)有关有关现在学习的是第33页,共50页34光轴光轴3.正晶体和负晶体正晶体和负晶体正晶体正晶体:o e e光的波面在光的波面在o光波面内。光波面内。光轴光轴 o o t t e e t teo负晶体负晶体:e o e 光的波面
20、光的波面 在在o 光波面外光波面外光轴光轴e eo o o o t t e e t t现在学习的是第34页,共50页35四四.双折射双折射偏振的应用偏振的应用应力双折射应力双折射会聚光的电光效应会聚光的电光效应现在学习的是第35页,共50页36模模型型的的光光弹弹图图像像钓钓钩钩的的光光弹弹图图像像现在学习的是第36页,共50页37利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程现在学习的是第37页,共50页38利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程现在学习的是第38页,共50页39利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程现在学习的是第39页,共50页
21、40利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程现在学习的是第40页,共50页41利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程现在学习的是第41页,共50页42利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程现在学习的是第42页,共50页43利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程现在学习的是第43页,共50页44利用偏振光干涉看到的结冰过程利用偏振光干涉看到的结冰过程演示完演示完现在学习的是第44页,共50页45小小 结结自然光自然光偏振光偏振光偏振光的获得偏振光的获得反射起偏反射起偏折射起偏折射起偏双折射现象双折射现象偏振片偏振片布儒斯特定律
22、布儒斯特定律马吕斯定律马吕斯定律光轴与主平面光轴与主平面现在学习的是第45页,共50页例例:两个偏振片两个偏振片P1、P2叠在一起,其偏振化方向之间的夹角叠在一起,其偏振化方向之间的夹角为为30一束强度为一束强度为I0的光垂直入射到偏振片上,已知该入的光垂直入射到偏振片上,已知该入射光由强度相同的自然光和线偏振光混合而成,现测得射光由强度相同的自然光和线偏振光混合而成,现测得连续透过两个偏振片后的出射光强与连续透过两个偏振片后的出射光强与I0之比为之比为9/16,试求,试求入射光中线偏振光的光矢量方向入射光中线偏振光的光矢量方向解:设入射光中线偏振光的光矢量振动方向与解:设入射光中线偏振光的光
23、矢量振动方向与P1的偏振化方的偏振化方向之间的夹角为向之间的夹角为,透过,透过P1后的光强后的光强I1为为 透过透过P2后的光强后的光强I2为为 I2I1 cos230 现在学习的是第46页,共50页cos2 1所以所以 0 即入射光中线偏振光的光矢量振动方向与即入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P1的偏振化方的偏振化方向平行向平行 现在学习的是第47页,共50页48例例:如图所示如图所示,一束平行的自然光穿过一块有小圆孔一束平行的自然光穿过一块有小圆孔S的金属的金属挡板后挡板后,垂直入射到方解石的端面上垂直入射到方解石的端面上,其光轴方向在纸面内其光轴方向在纸面内,P是一偏振片,是一偏振片,
24、C是屏幕是屏幕.当以入射光线为轴,转动方解当以入射光线为轴,转动方解石时,在屏幕石时,在屏幕C上能看到什么现象?上能看到什么现象?光轴光轴PCS答:一个光点围绕着另一个不动的光点旋转,方解答:一个光点围绕着另一个不动的光点旋转,方解石每转过石每转过90角时,两光点的明暗交变一次角时,两光点的明暗交变一次,一个最一个最亮时亮时,另一个最暗。另一个最暗。现在学习的是第48页,共50页49 例例:如图,将方解石晶体分成相等的两截再平移拉开一些如图,将方解石晶体分成相等的两截再平移拉开一些距离,当一束与光轴成一定夹角的自然光通过它们后,最距离,当一束与光轴成一定夹角的自然光通过它们后,最后的出射光应是
25、:后的出射光应是:(A)一束光;()一束光;(B)两束光;)两束光;(C)三束光;()三束光;(D)四束光)四束光 答:是两条。答:是两条。当自然光从前块方解石出来之后,就分成当自然光从前块方解石出来之后,就分成o光和光和e光,由于光,由于前后两块晶体的光轴平行,因此,在前一块晶体中的前后两块晶体的光轴平行,因此,在前一块晶体中的o光和光和e光,光,进入第二块晶体时仍然保持进入第二块晶体时仍然保持o光、光、e光的性质不变,因而不发光的性质不变,因而不发生双折射,所以最后出射光仍是两条。生双折射,所以最后出射光仍是两条。现在学习的是第49页,共50页50 如果,将后面晶体绕入射光线转过一个角度,则前、后两块如果,将后面晶体绕入射光线转过一个角度,则前、后两块光轴就有夹角了,因而,这时进入后面晶体的光轴就有夹角了,因而,这时进入后面晶体的o光、光、e光将再次光将再次发生双折射,这时最终出射光将是发生双折射,这时最终出射光将是4束。束。现在学习的是第50页,共50页
限制150内